Les événements à plus petite échelle ont des conséquences géantes. Et aucun domaine scientifique ne le démontre mieux que la physique quantique, qui explore les comportements étranges de - surtout - de très petites choses. En 2019, les expériences quantiques sont allées dans des endroits nouveaux et encore plus étranges et l'informatique quantique pratique s'est rapprochée de plus en plus de la réalité, malgré certaines controverses. Ce sont les événements quantiques les plus importants et les plus surprenants de 2019.
Google revendique la «suprématie quantique»
Si une actualité quantique de 2019 fait les livres d'histoire, ce sera probablement une grande annonce de Google: la société de technologie a annoncé qu'elle avait atteint la «suprématie quantique». C'est une façon élégante de dire que Google a construit un ordinateur qui pourrait effectuer certaines tâches plus rapidement que n'importe quel ordinateur classique. (La catégorie des ordinateurs classiques inclut toute machine qui repose sur des anciens 1 et 0 classiques, comme l'appareil que vous utilisez pour lire cet article.)
La revendication de suprématie quantique de Google, si elle était confirmée, marquerait un point d'inflexion dans l'histoire de l'informatique. Les ordinateurs quantiques s'appuient sur d'étranges effets physiques à petite échelle comme l'enchevêtrement, ainsi que certaines incertitudes de base dans le nano-univers, pour effectuer leurs calculs. En théorie, cette qualité confère à ces machines certains avantages par rapport aux ordinateurs classiques. Ils peuvent facilement casser les schémas de cryptage classiques, envoyer des messages parfaitement cryptés, exécuter des simulations plus rapidement que les ordinateurs classiques et généralement résoudre très facilement les problèmes difficiles. La difficulté est que personne n'a jamais fabriqué un ordinateur quantique assez rapidement pour profiter de ces avantages théoriques - ou du moins personne n'en avait, jusqu'à l'exploit de Google cette année.
Cependant, tout le monde n'achète pas la revendication de suprématie de l'entreprise de technologie. Subhash Kak, sceptique quantique et chercheur à l'Université d'État de l'Oklahoma, a exposé plusieurs des raisons de cet article pour Live Science.
En savoir plus sur la réalisation de la suprématie quantique par Google.
Le kilogramme devient quantique
Un autre point d'inflexion quantique de 2019 est venu du monde des poids et mesures. Le kilogramme standard, l'objet physique qui définissait l'unité de masse pour toutes les mesures, était depuis longtemps un cylindre en platine-iridium de 130 ans pesant 2,2 livres. et assis dans une pièce en France. Cela a changé cette année.
Le vieux kilo était plutôt bon, changeant à peine de masse au fil des décennies. Mais le nouveau kilo est parfait: sur la base de la relation fondamentale entre la masse et l'énergie, ainsi que d'une bizarrerie dans le comportement de l'énergie à l'échelle quantique, les physiciens ont pu arriver à une définition du kilogramme qui ne changera pas du tout entre cette année et la fin de l'univers.
En savoir plus sur le kilogramme parfait.
La réalité s'est un peu brisée
Une équipe de physiciens a conçu une expérience quantique qui a montré que les faits changent réellement en fonction de votre point de vue sur la situation. Les physiciens ont effectué une sorte de "tirage au sort" à l'aide de photons dans un minuscule ordinateur quantique, constatant que les résultats étaient différents selon les détecteurs, selon leurs perspectives.
"Nous montrons que, dans le micro-monde des atomes et des particules régi par les étranges règles de la mécanique quantique, deux observateurs différents ont droit à leurs propres faits", ont écrit les expérimentateurs dans un article pour Live Science. "En d'autres termes, selon notre meilleure théorie des éléments constitutifs de la nature elle-même, les faits peuvent en fait être subjectifs."
En savoir plus sur le manque de réalité objective.
L'intrication a obtenu son coup de glamour
Pour la première fois, les physiciens ont photographié le phénomène décrit par Albert Einstein comme «une action effrayante à distance», dans lequel deux particules restent physiquement liées malgré leur séparation sur plusieurs distances. Cette caractéristique du monde quantique avait longtemps été vérifiée expérimentalement, mais c'était la première fois que quelqu'un pouvait la voir.
En savoir plus sur l'image inoubliable de l'intrication.
Quelque chose de grand est allé dans plusieurs directions
À certains égards, l'opposé conceptuel de l'intrication, la superposition quantique, permet à un seul objet d'être à deux (ou plus) endroits à la fois, une conséquence de la matière existant à la fois comme particules et comme ondes. En règle générale, cela est réalisé avec de minuscules particules comme les électrons.
Mais dans une expérience de 2019, les physiciens ont réussi à réaliser la superposition à la plus grande échelle jamais réalisée: en utilisant des molécules massives de 2 000 atomes du monde de la science médicale appelées "oligo-tétraphénylporphyrines enrichies en chaînes fluoroalkylsulfanyles".
Lisez à propos de la réalisation à grande échelle de la superposition.
La chaleur a traversé le vide
Dans des circonstances normales, la chaleur peut traverser le vide d'une seule manière: sous forme de rayonnement. (C'est ce que vous ressentez lorsque les rayons du soleil traversent l'espace pour battre sur votre visage un jour d'été.) Sinon, dans les modèles physiques standard, la chaleur se déplace de deux manières: Premièrement, les particules sous tension peuvent frapper d'autres particules et transférer leur énergie . (Enveloppez vos mains autour d'une tasse de thé chaud pour ressentir cet effet.) Deuxièmement, un fluide chaud peut remplacer un fluide plus froid. (C'est ce qui se produit lorsque vous allumez le chauffage dans votre voiture, inondant l'intérieur d'air chaud.) Ainsi, sans rayonnement, la chaleur ne peut pas traverser le vide.
Mais la physique quantique, comme d'habitude, enfreint les règles. Dans une expérience de 2019, les physiciens ont profité du fait qu'à l'échelle quantique, les aspirateurs ne sont pas vraiment vides. Au lieu de cela, ils sont pleins de petites fluctuations aléatoires qui apparaissent et disparaissent. À une échelle suffisamment petite, selon les chercheurs, la chaleur peut traverser le vide en sautant d'une fluctuation à l'autre à travers l'espace apparemment vide.
En savoir plus sur la chaleur qui saute à travers le vide quantique de l'espace.
La cause et l'effet pourraient avoir reculé
Cette prochaine découverte est loin d'être une découverte vérifiée expérimentalement, et elle est même bien en dehors du domaine de la physique quantique traditionnelle. Mais les chercheurs travaillant avec la gravité quantique - une construction théorique conçue pour unifier les mondes de la mécanique quantique et de la relativité générale d'Einstein - ont montré que dans certaines circonstances, un événement pouvait provoquer un effet qui s'était produit plus tôt dans le temps.
Certains objets très lourds peuvent influencer l'écoulement du temps dans leur voisinage immédiat en raison de la relativité générale. Nous savons que c'est vrai. Et la superposition quantique dicte que les objets peuvent être à plusieurs endroits à la fois. Mettez un objet très lourd (comme une grande planète) dans un état de superposition quantique, ont écrit les chercheurs, et vous pouvez concevoir des scénarios bizarres où la cause et l'effet se produisent dans le mauvais ordre.
En savoir plus sur l'inversion des causes et effets.
Tunnelisation quantique fissurée
Les physiciens connaissent depuis longtemps un effet étrange connu sous le nom de «tunnel quantique», dans lequel les particules semblent passer à travers des barrières apparemment infranchissables. Ce n'est pas parce qu'ils sont si petits qu'ils trouvent des trous. En 2019, une expérience a montré comment cela se produit réellement.
La physique quantique dit que les particules sont également des ondes, et vous pouvez considérer ces ondes comme des projections de probabilité pour l'emplacement de la particule. Mais ce sont toujours des vagues. Frappez une vague contre une barrière dans l'océan, et elle perdra de l'énergie, mais une plus petite vague apparaîtra de l'autre côté. Un effet similaire se produit dans le monde quantique, ont découvert les chercheurs. Et tant qu'il reste un peu d'ondes de probabilité de l'autre côté de la barrière, la particule a une chance de passer à travers l'obstruction, de creuser un tunnel à travers un espace où il semble qu'elle ne devrait pas rentrer.
En savoir plus sur l'incroyable effet tunnel tunnel quantique.
De l'hydrogène métallique peut être apparu sur Terre
Ce fut une grande année pour la physique des ultra-hautes pressions. Et l'une des affirmations les plus audacieuses est venue d'un laboratoire français, qui a annoncé qu'il avait créé une substance du Saint-Graal pour la science des matériaux: l'hydrogène métallique. Sous des pressions suffisamment élevées, telles que celles qui existeraient au cœur de Jupiter, les atomes d'hydrogène à un seul proton agiraient comme un métal alcalin. Mais personne n'avait jamais réussi à générer des pressions suffisamment élevées pour démontrer l'effet dans un laboratoire auparavant. Cette année, l'équipe a déclaré l'avoir vu à 425 gigapascals (4,2 millions de fois la pression atmosphérique de la Terre au niveau de la mer). Cependant, tout le monde n'achète pas cette affirmation.
En savoir plus sur l'hydrogène métallique.
Nous avons vu la tortue quantique
Zappez une masse d'atomes surfondus avec un champ magnétique, et vous verrez des "feux d'artifice quantiques": des jets d'atomes tirant dans des directions apparemment aléatoires. Les chercheurs soupçonnaient qu'il pourrait y avoir un motif dans les feux d'artifice, mais ce n'était pas évident juste en regardant. À l'aide d'un ordinateur, cependant, les chercheurs ont découvert une forme à l'effet de feux d'artifice: une tortue quantique. Cependant, personne ne sait pourquoi il prend cette forme.
En savoir plus sur la tortue quantique.
Un minuscule ordinateur quantique a remonté le temps
Le temps est censé se déplacer dans une seule direction: en avant. Renversez du lait sur le sol, et il n'y a aucun moyen de sécher parfaitement la saleté et de retourner ce même lait propre dans la tasse. Une fonction d'onde quantique étalée n'est pas non étalée.
Sauf dans ce cas, c'est le cas. À l'aide d'un minuscule ordinateur quantique à deux qubits, les physiciens ont pu écrire un algorithme qui pourrait renvoyer chaque ondulation d'une onde à la particule qui l'a créée - déroulant l'événement et inversant efficacement la flèche du temps.
En savoir plus sur l'inversion de la flèche du temps.
Un autre ordinateur quantique a vu 16 futurs
Une caractéristique intéressante des ordinateurs quantiques, qui reposent sur des superpositions plutôt que sur 1 et 0, est leur capacité à exécuter plusieurs calculs à la fois. Cet avantage est pleinement visible dans un nouveau moteur de prédiction quantique développé en 2019. Simulant une série d'événements connectés, les chercheurs derrière le moteur ont pu coder 16 futurs possibles en un seul photon dans leur moteur. C'est du multitâche!
En savoir plus sur les 16 futurs possibles.
